构造材料全般的性质.ppt

構造材料の全般的性質 三大材料の構造モデル 汎用合成高分子 立体規則性 高分子材料の機械的性質 応力?歪み曲線の型 粘弾性 マクスウェル模型とフォークト模型 クリープとクリープ回復 四要素模型 * 由来 例 分類 人工 ガラス，陶磁器 セラミックス 無機材料 人工（精製） 鉄鋼，アルミニウム 銅，合金 金属材料 天然／人工 プラスチック，繊維 ゴム 有機材料 （高分子材料） 三大材料 cf. 　複合材料：混合物 　ハイブリッド材料：あるサイズ（たとえば0.1μm以下） 　　　　　　　　　で混合されている材料 小さい 大きい 小さい 電気伝導性 熱伝導性 力学特性 大きい 硬い 無機材料 大きい （硬い）?強靱?（柔軟） 金属材料 小さい 柔軟 有機材料 （高分子材料） 三大材料の物性比較 構成元素の特徴と結合の性質 電気的に陽性の元素と陰性の元素との結合で構成され， それらの結合が構造を形成 無機材料 電気的に陽性の原子間の結合力が材料としての構造を形成 金属材料 電気的に陰性の元素間の結合で構成されている 有機材料 （高分子材料） 三大材料の化学構造 高分子とは 高分子：polymer ギリシャ語のpolus (many, large)とmerus (parts)に由来 ある繰り返し単位が共有結合により鎖状に連なった 巨大な分子 重合度100以上、分子量１万以上 重合度が数10以下???オリゴマー（oligomer） cf. Macromolecules　単に「巨大分子」を意味する 高分子の分類１ １．産出の種別による分類???天然高分子?改質天然高分子? 　　　　　　　　　　　　　　　合成高分子。 　　　　　　　　　　　　　　　主に、合成高分子について扱う ２．構造による分類 高分子の分類２ ３．モノマー組成と連なり方による分類 ポリエチレンの構造 １）アタクチックポリプロピレン 無定型ポリマー（結晶性がない） 用途：油回収剤など ２）アイソタクチックポリプロピレン 高結晶性高分子量のポリプロピレン 耐熱性?力学特性に優れる 加工性もよい 用途：フィルム，繊維，パイプ，食器，容器など ３）シンジオタクチックポリプロピレン 低融点，低密度，高い透明性 分子量と分子量分布１ 合成高分子???一般にさまざまな分子量の高分子鎖の混合物 高分子の分子量は固有の値で示されるのではなく 合成された高分子ごとに求められる平均の分子量で表される おもな高分子の分子量測定法 分子量と分子量分布２ GPC (Gel Permeation Chromatography) 液体クロマトグラフィーの一種 特　徴 あらかじめ分子量のわかった高分子を標準試料 として用いる相対法 数平均分子量、重量平均分子量、Ｚ平均分子量が 一度の測定で算出できる 溶出曲線自体が分子量分布を表す 例 題 分子量1.00 X 104、2.00 X 104、4.00 X 104 の３つの単分散高分子がある。 (1)同モル数の３つの高分子を混合したときの数平均分子量と重量平均分子量および分子量分布指数を 有効数字３桁で求めなさい。 高分子の融解 高分子化合物???結晶部分と非晶部分から形成 加熱すると非晶部分がマクロブラウン運動 結晶部分が非晶状態にかわる この温度＝高分子の融点 (Tm) 平衡融点 Tm 0：高分子鎖が伸びきった状態で結晶化した 　　　　　　　完全結晶の融点 DHu：融解エンタルピー 　　　水素結合などを形成する高分子は大きい DSu：融解エントロピー 　　　剛直性のある芳香族環が連なった高分子は小さい 高い融点を有する高分子 ガラス転移温度 低分子量化合物の変形や流動???分子全体 高分子化合物???高分子鎖のある長さが単位 セグメントの回転による熱運動???ミクロブラウン運動 液体状態にある高分子→冷却していくと過冷却状態を 　　　　　　　　　　　経て凍結状態に至る ミクロブラウン運動が凍結された状態 セグメント（segment） 　　ガラス状態 ガラス状態に転移する温度＝ガラス転移温度 (Tg) 高分子材料の成型：ガラス転移温度の影響 ガラス転移温度に影響する因子 １．置換基の大きさ ２．分子量 ポリスチレンのガラス転移温度の分子量依存性 分子量の増大とともに高くなり，その後一定となる ３．分子間相互作用 応力?歪み曲線（Ｓ-Ｓ曲線，stress-strain curve） 柔らかい：Young率が小さい 硬い：Young率が大きい 強い：破断するときの応力が大きい 高分子：結晶部分と非晶部分からなる 弾性 粘性 高分子に外力を与えると弾性と粘性が 同時に現れる 粘弾性 高分子に一定の外力を加える 歪みは次第に増大 クリープ 外力を取り除く